文章目录
1.总线的基本概念
总线
总线是连接各部件的信息传输线
是各部件共享的传输介质
总线上信息传送
点对点传输
广播传输
串行传输
并行传输
总线结构图
面向CPU的双总线结构框图:
单总线结构框图:
以存储器为中心的双总线结构框图:
这是在单总线的基础上增加了一条存储总线(CPU与主存之间的总线).这组总线速度快,只供主存与CPU传输信息.
特点:
提高了传输效率
减轻了系统总线的负担
保留了I/O设备与存储器交换信息时不经过CPU的特点
2.总线的分类
数据传送方式(分类):
- 并行传输总线
- 串行传输总线
数据宽度(分类):
- 8位传输总线
- 16位传输总线
- 32位传输总线
- 64位传输总线
- . . .
设用范围(分类):
- 计算机(包括外设)总线
- 测控总线
- 网络通信总线
- . . .
连接部件不同(分类):
- 片内总线
- 系统总线
- 通信总线
下面主要介绍按连接部件不同进行分类的三种总线.
2.1 片内总线
片内总线
片内总线是指芯片内部的总线
举例说明:
CPU芯片内部
寄存器与寄存器之间
寄存器与ALU(算术逻辑单元)之间
2.2 系统总线
系统总线
系统总线是指CPU、I/O设备(通过I/O接口)各大部件之间的信息传输总线.(板级总线/板间总线)
分类
系统总线按传输信息的不同可分为三类:
- 数据总线
- 地址总线
- 控制总线
2.2.1 数据总线
定义
数据总线用来传输个功能部件之间的传输信息
特点
双向传输
其位数与机器字长,存储字长有关
#常为8位,16位,32位
总线宽度
数据总线的位数即为数据总线的宽度,这是衡量系统性能的一个重要参数.
若数据总线宽度为8位
指令字长为16位
CPU在取指令阶段必须两次访问主存
# 16 = 8 x 2
2.2.2 地址总线
定义
地址总线主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址.
特点:
由CPU输出
单向传输
地址线的位数与存储单元的个数有关
#地址线20根,则对应存储单元个数为 2^20
2.2.3 控制总线
定义
控制总线是用来发出各种控制信号的.
分析:
由于数据总线、地址总线都是被挂在总线上共享的
为了使各部件能在不同时刻占有总线使用权
则需要控制总线来用控制信号来分配
特点:
对任一控制线而言,是单向传输
对控制总线总体而言,是双向的
对CPU而言,既有输出,又有输入
常见控制信号(图)
2.3 通信总线
通信总线
通信总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统(如控制仪,移动通信等)之间的通信.
分类
- 串行通信总线
- 并行通信总线
串行通信:
数据在单条1位宽的传输线上
一位一位地按顺序分时传送
"注:由低位到高位按顺序逐位传送"
并行通信:
数据在多条并行1位宽地传输线上
同时由源传送到目的地
3.总线的特性及性能指标
3.1 总线特性
总线特性
机械特性
电气特性
功能特性
时间特性
特性说明
机械特性是指总线在机械连接方式上的一些性能
如:
插头与插座使用的标准，
几何尺寸
形状
引脚的个数
排列的顺序
接头处的可靠接触等
电气特性是指总线的每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围。
通常规定由 CPU发出的信号称为输出信号
送入 CPU的信号成为输入信号
功能特性是指总线中每根传输线的功能。
如：
地址总线用来指出地址码
数据总线用来传递数据
控制总线发出控制信号
时间特性是指总线中的任一根线在什么时间内有效。
每条总线上的各种信号互相存在一种有效时序的关系,所以该特性一般可用信号时序图来描述.
3.2 总线性能指标
性能指标
总线宽度: 数据线的根数
标准传输率: 每秒传输的最大字节数(MBps)
时钟同步/异步: 同步、异步
总线复用: 地址线与数据线复用
信号线数: 地址线、数据线和控制线的总和
总线控制方式: 并发、自动、仲裁、逻辑、计数
其他指标: 负载能力
总线的负载能力即驱动能力,是指当总线接上负载后,总线输入输出的逻辑电平是否能保持在正常的额定范围内.
流行的微型计算机总线性能(图):
3.3 总线标准
总线标准
总线标准可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。
目前流行的总线标准：
ISA 总线、
EISA总线
VESA总线
PCI总线
AGP总线（显卡)
RS-232C总线
USB总线
4 总线结构
总线结构通常可以分为:
- 单总线结构
- 多总线结构
4.1 单总线结构
单总线结构
单总线结构将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上,允许I/O设备之间、I/O设备与CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息.
特点
结构简单,便于扩充
所有传送都通过这组共享总线
多用于小型计算机或微型计算机
4.2 多总线结构
双总线结构
双总线结构的特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来,形成主存总线与I/O总线分开的结构.
特点
I/O设备可被统一管理(通道:特殊的处理器)
以完成外部设备与主存储器之间的数据传送
系统的吞吐能力相当大
常用于大、中型计算机系统
三总线结构
结构框图(1)
图解:
主存总线用于CPU与主存之间的传输
I/O总线供CPU与各类I/O设备之间传递信息
DMA总线用于高速I/O设备(磁盘等)与主存之间直接交换信息
特点:
任一时刻只能使用一种总线
#主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取
#I/O设备只有在CPU执行I/O指令时才能用到
结构框图(2)
图解:
#处理器与Cache之间的局部总线
#Cache直接连到系统总线
Cache可通过系统总线与主存传输信息
I/O设备与主存之间的传输不用通过CPU
#扩展总线与系统总线相连(扩展总线接口)
扩展总线与系统总线之间可进行信息传递
四总线结构
图解:
加了一条高速总线(与计算机系统紧密相连)
特点:
高速设备的自身工作很少依赖CPU
CPU、高速总线的速度和各信号线的定义可不同
#改变其结构也不会影响高速总线的正常工作
4.3 总线结构举例(图)
传统微型机总线结构
VL-BUS局部总线结构
PCI总线结构
多层PCI总线结构
关于总线的知识点还剩下总线控制,将在下一篇博客中学习记录.
为了方便复习,我准备将[计算机组成原理]系列的文章整合成目录的形式:
1 计算机系统概论
参考资料:
《计算机组成原理》
